BMS (為Battery Management System的縮寫)

說到電池, 為電動力驅動的能量核心. 但有別於3C產品的地方是電流輸出的能力大上許多. 電池包含兩個部分, 一是電池心(cell), 其二是BMS.

電池從以往的鉛酸電池演進到鋰離子電池, 並演進至鋰二次電池(重複充放電, 其中又分為鋰鈷, 磷酸鋰鐵, 鋰錳等), 有許多技術上的突破包含沒有電池記憶效應等等等等. 小編不是電池/化學/材料專家, 這方面就不要逞強的去介紹.

電動力系統的電池價格逐年來下降的最大原因為Tesla大量採用18650規格電池心有關. 最有名的就是其”暴力裝填法”, 整個底盤就是batttery pack. 當這個規格普及後便能夠以量制價.

Ebike在應用上, 小編一直覺得很有挑戰的是腳踏車沒有很大的空間足以容納暴力裝填法的電池心, 因為電池一旦體積變大, 視覺上將無法避免的出現一個”很大塊”(chuncky)的物件. 而且萬一此物件無法與車輛外型較佳融合, 我想對於美感上將會有很大的打折. 因此在無法增加電池心數量的狀況下, 電池心製造商開始將現有規格的電池心”暴力裝填”來增加電心有效容量. 會導致電池心的外徑實值上變大, 目前聽到的災情是各廠商的電池心固定架(cell holder)可能無法相容變大後的外徑. 簡單的說, 就是塞不下去原來的機構就對了....

若從電控系統的角度出發, 馬達的最終輸出來自於電池能量的輸入, 看倌們不用提醒, 小編當然知道中間有控制器與馬達的效率問題. 也就是電池必須能提供所期望的馬達輸出能量加上耗損, 在此同時能夠做到基本保護. 簡單的說電池心的放電率與電池組容量必須支撐系統之所需. 但以目前大容量的電池心(容量大於3200mAh)往往放電能力只有5A, 反倒不如較小容量電池心(2200mAh/2600mAh)的放電能力可達3C~5C. 因此在容量與放電能力中亦需取捨. 電池的電壓系統逐漸往高電壓發展, 由最早的24V到36V, 甚至到最近的48V, 利用高電位差來取得較好的系統性能. 一般系統對於連續放電電流的需求大約會落在18A~25A是可以滿足輸出為250W~500W的系統, 小編往往對電池低電壓的特性比較敏感, 因為在系統介於低電壓且高放電狀態時, 電池與系統處於較不穩定狀態, 萬一斷電將影響控制器的相關運作, 因此電池保護與系統保護設定則需要良好的協調與測試. 嚴苛的考驗是連續陡坡再加上低電壓, 每次踩踏輸出時電壓降的程度會大增, 處於大放電的狀態會使溫度上升(馬達,電池與控制器均會), 整個系統處於一個不好的循環中. 若有騎過純電動車輛的人應該多多少少在這個狀況下會發現一點問題. 因此系統整合者如何設計驗證便極為重要.

就小編的看法, 目前較先進的系統, 電池與控制器(或其他組件)間必須要相當程度的連結, 意即兩個(或以上)元件間必須有緊密的溝通才能執行比較先進的功能. 比如說若要以通訊喚醒系統, 則表示系統開關可以隨意放在任一個”能溝通”的組件上. 此時電池上面將不再需要實體的開關按鈕, 系統與成車設計上將會更多彈性與美觀, 這樣的邏輯以產業上來說 Energybus protocol就已經提供這方面的定義. 做到纇似汽車遙控器開關ebike系統變化為可行. 系統整合者可以利用自身的定義做出更多高階與精準的功能. 例如現在ebike提供剩餘里程的預估, 但光是憑藉電池電壓來預估勢必失真, 但能透過系統溝通, 電池與控制器將能更準確預估剩餘里程, 騎乘者也知道何時需返航等等. 這將會是更智能的系統所需要具備的基本. 針對最近很熱的話題GOGORO智能電動車, 除了智能功能另外更包含金流功能, 無庸置疑地他們將這部分做得更好.

關於電池保護, 現代人都會隨身攜帶的尿袋(power bank)均配有過電壓/過電流/低電壓/過溫/短路等基本保護, 電動工具的電池基本上差不多, 只不過電流的需求如同上面所述會放大至20A左右, 一個BMS的成熟與否, 其實看這些保護機制是否都能完整發揮.

以小編的經驗, 電池佔電控系統的總成本至少1/3, 甚至逼近1/2. 電動車輛若由全新開始使用而且經常使用, 大約會在8~10個月之間開始感受到續航力下降. 目前歐洲的要求一般都要求電池廠必須提供500次充放電循環(甚至700次)仍有70%左右的保證容量, 等同2~3年的保固期間. 但目前的問題是電池心於廠只願提供1年保固, 超過的話由電池廠與成車品牌廠來吸收. 一般電動車輛的鋰電池修補件至少會在台幣1.5~2萬(有品牌的ebike)或更高. 萬一電池使用後正常老化, 成本是相對高的. 這點依賴電池心廠在技術上的突破才有可能有效降低成本.

最後鋰電池等目前都算是危險物質, 因此無論何種運輸方式都必須要提供相對應的文件與檢測報告才有可能上船上飛機. 但我想光是UN38.3的測試準備與測試費用就已經所費不貲, 這都是成車開發商所必須背負的成本